Xây dựng bài giảng tích hợp cho môn học PLC cơ bản, nghề điện công nghiệp tại trường trung cấp cơ điện nam định

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - - TRẦN QUỐC VIỆT XÂY DỰNG BÀI GIẢNG TÍCH HỢP MÔN HỌC PLC CƠ BẢN, NGHỀ ĐIỆN CÔNG NGHIỆP TẠI TRƯỜNG TRUNG CẤP CƠ ĐIỆN NAM ĐỊNH LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM KĨ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: LÍ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC CHUYÊN SÂU: SƯ PHẠM KĨ THUẬT ĐIỆN Hà Nội - 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - - TRẦN QUỐC VIỆT XÂY DỰNG BÀI GIẢNG TÍCH HỢP MÔN HỌC PLC CƠ BẢN, NGHỀ ĐIỆN CÔNG NGHIỆP TẠI TRƯỜNG TRUNG CẤP CƠ ĐIỆN NAM ĐỊNH LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM KĨ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: LÍ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC CHUYÊN SÂU: SƯ PHẠM KĨ THUẬT ĐIỆN Người hướng dẫn khoa học: TS LÊ HUY TÙNG Hà Nội - 2016 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn kết nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực có sai phạm xin hoàn toàn chịu trách nhiệm Tác giả Trần Quốc Việt LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành: - Tiến sĩ Lê Huy Tùng, Đại học Bách khoa Hà Nội tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tác giả suốt thời gian làm luận văn - Các thầy cô viện Sư phạm kỹ thuật, Viện đào tạo Sau đại học, Ban giám hiệu trường Đại học Bách khoa Hà Nội giúp đỡ, tạo điều kiện cho tác giả việc học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn - Ban giám hiệu toàn thể thầy cô giáo khoa Điện – Điện tử học sinh nghề Điện công nghiệp khóa 13 hệ Trung cấp nghề (niên khóa 2013 – 2016), trường Trung cấp Cơ Điện Nam Định tạo điều kiện thuận lợi hỗ trợ cho tác giả thực luận văn - Toàn thể bạn bè, đồng nghiệp gia đình quan tâm động viên giúp đỡ suốt trình nghiên cứu, thực luận văn Tác giả Trần Quốc Việt MỤC LỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU .9 MỞ ĐẦU 10 Lí chọn đề tài 10 Mục đích nghiên cứu 11 Nội dung đề tài, vấn đề cần giải 12 Khách thể, đối tượng phạm vi nghiên cứu 12 Giả thuyết nghiên cứu 12 Phương pháp nghiên cứu 12 CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN 14 1.1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ DẠY HỌC TÍCH HỢP 14 1.1.1 Khái niệm tích hợp 14 1.1.2 Mục đích dạy học tích hợp 15 1.1.3 Phân loại dạy học tích hợp 16 1.1.4 Tính chất dạy học tích hợp 17 1.2 ĐẶC ĐIỂM CỦA DẠY HỌC TÍCH HỢP: 18 1.2.1 Lấy người học làm trung tâm 18 1.2.2 Định hướng đầu 19 1.2.3 Dạy học lực thực 20 1.3 MỘT SỐ QUAN ĐIỂM TRONG TỔ CHỨC DẠY HỌC TÍCH HỢP 22 1.3.1 Dạy học giải vấn đề 22 1.3.2 Dạy học định hướng hoạt động 26 Kết luận chương 30 CHƯƠNG 2: THỰC TRẠNG DẠY NGHỀ 31 TẠI TRƯỜNG TRUNG CẤP CƠ ĐIỆN NAM ĐỊNH 31 2.1 THỰC TRẠNG DẠY NGHỀ TẠI TRƯỜNG TRUNG CẤP CƠ ĐIỆN NAM ĐỊNH 31 2.1.1 Giới thiệu chung 31 2.1.2 Thực trạng dạy nghề trường trung cấp Cơ Điện Nam Định 32 2.2 THỰC TRẠNG DẠY VÀ HỌC MÔN PLC CƠ BẢN 35 2.3 NỘI DUNG MÔN HỌC PLC CƠ BẢN THEO HƯỚNG TÍCH HỢP 37 2.3.1 Vị trí, tính chất mục tiêu môn học 37 2.3.2 Nội dung môn học 37 Kết luận chương 43 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG BÀI GIẢNG TÍCH HỢP MÔN PLC CƠ BẢN, NGHỀ ĐIỆN CÔNG NGHIỆP TẠI TRƯỜNG TRUNG CẤP CƠ ĐIỆN NAM ĐỊNH 44 3.1 XÂY DỰNG BÀI GIẢNG TÍCH HỢP MÔN PLC CƠ BẢN 44 3.1.1 Nguyên tắc xây dựng giảng theo quan điểm tích hợp 44 3.1.2 Quy trình xây dựng giảng tích hợp 45 3.1.3 Bài dạy học tích hợp 48 3.1.4 Giáo án tích hợp 49 3.1.5 Quy trình tổ chức dạy học tích hợp 52 3.1.6 Điều kiện tổ chức dạy học tích hợp 56 3.2 THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 57 3.2.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 57 3.2.2 Đối tượng thực nghiệm 57 3.2.3 Chuẩn bị thực nghiệm 58 3.2.4 Nội dung thực nghiệm 58 3.2.5 Phương thức đánh giá thực nghiệm 59 3.2.6 Kết thực nghiệm sư phạm 60 Kết luận chương 72 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 Phụ lục 77 Phụ lục 80 Phụ lục 83 Phụ lục 88 Phụ lục 98 CÁC CHỮ VIẾT TẮT PLC : Programmable Logic Controller (Điều khiển Logic lập trình) GQVĐ : Giải vấn đề THCVĐ : Tình có vấn đề THHT : Tình học tập GV : Giáo viên HS : Học sinh TN : Thực nghiệm ĐC : Đối chứng MĐ : Mô đun MH : Môn học TCCĐNĐ : Trung cấp Cơ Điện Nam Định ĐK : Điều khiển DANH MỤC HÌNH VẼ Danh mục Hình 1.1: Cấu trúc dạy học Giải vấn đề theo bước Hình 1.2: Cấu trúc dạy học Giải vấn đề theo bước Hình 1.3: Cấu trúc dạy học định hướng hoạt động Hình 3.1: Quy trình xây dựng giảng tích hợp Hình 3.2: Quy trình tổ chức dạy học tích hợp Hình 3.3: Quy trình biên soạn giáo án tích hợp Hình 3.4: Hoạt động GV HS tiểu kỹ Hình 3.5: Trình tự thực giảng tích hợp Hình 3.6: Đường tần suất lớp TN lớp ĐC Hình 3.7: Đường tần suất hội tụ tiến lớp TN lớp ĐC Trang DANH MỤC BẢNG BIỂU Danh mục Bảng 2.1: Vị trí, tính chất mục tiêu môn học PLC Bảng 2.2: Nội dung môn học PLC Bảng 3.1: Bảng phân phối (số học sinh kiểm tra Fi đạt điểm xi) Bảng 3.2: Bảng tần suất fi(%) – Tỉ lệ phần trăm học sinh đạt điểm xi Bảng 3.3: Bảng tần suất hội tụ tiến fa(%) – Tỉ lệ phần trăm học sinh đạt điểm xi trở lên Bảng 3.4: Bảng tính thông số cho lớp đối chứng (ĐC) Bảng 3.5: Bảng tính thông số cho lớp đối chứng (ĐC) Bảng 3.6: So sánh hệ số lớp TN ĐC Trang 10 MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Trong giai đoạn nay, nước ta tiến hành công nghiệp hóa, đại hóa đất nước Nhân tố định thắng lợi người Chính thế, yêu cầu cấp bách đặt với giáo dục nước ta phải đổi mới, đại hóa nội dung phương pháp dạy học Giáo dục phải tạo người có lực, đầy tự tin, có tính độc lập, sáng tạo, người có khả tự học, tự đánh giá, có khả hòa nhập thích nghi với sống biến đổi Nghị TW Đảng cộng sản Việt Nam lần thứ (Khóa VII) xác định: “Đổi phương pháp dạy học tất cấp học, bậc học Kết hợp tốt học với hành, học tập với lao động sản xuất, thực nghiệm nghiên cứu khoa học, gắn nhà trường với xã hội áp dụng phương pháp giáo dục bồi dưỡng cho học sinh lực tư sáng tạo, lực giải vấn đề”.[2,tr.504] Tuy nhiên thực trạng giáo dục nói chung dạy nghề nói riêng Việt Nam nhiều vấn đề cần tìm hiểu, nghiên cứu tìm biện pháp giải Chất lượng dạy nghề nói chung thấp không theo kịp xu phát triển chung kinh tế - xã hội, tạo khoảng trống lớn nhu cầu thị trường lao động khả đáp ứng lao động chất lượng cao hệ thống dạy nghề Nhiều học sinh học nghề sau tốt nghiệp thiếu động, trình độ kiến thức, kỹ thực hành, phương pháp tư khoa học, tác phong làm việc công nghiệp yếu, không thích ứng kịp với phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật Một nguyên nhân tồn phương pháp dạy học chưa tiên tiến, chưa phù hợp, chưa gắn với thực tế giảng dạy, chậm đổi mới, chưa phát huy tính chủ động, sáng tạo người học, thêm vào phương tiện dạy học nghèo nàn, lạc hậu, chậm cải tiến 91 PLC, kết Win, dây kết PLC thành công nối, chạy thử - Chạy mô nối, mô hình, - Kiểm tra kỹ kiểm tra PLC MK80S trước chạy Bước 1: Từ yêu cầu công nghệ xác định tín hiệu vào/ra đặt địa phù hợp a) Mô tả công nghệ + Hệ thống băng tải phân dũng sản phẩm cao - thấp bao gồm - KĐ: Nút ấn khởi động - D: Nút ấn dừng động băng tải - ĐCBT: Động điều khiển băng tải - HTT: Công tắc hành trình thuận - HTN: Công tắc hành trình ngược - CBC: Cảm biến cao để nhận biết sản phẩm cao -TG: Tay gạt khí dùng để gạt sản phẩm cao khởi băng tải + Hệ thống hoạt động sau: - Ấn nút KĐ: Động kéo băng tải bắt đầu làm việc 92 - Khi sản phẩm thấp qua tay gạt chưa hoạt động cảm biến cao chưa nhận biết - Khi sản phẩm cao qua CBC nhận tín hiệu, tay gạt gạt sản phẩm theo nhánh khác băng tải (GT) Sau tay gạt trở lại vị trí ban đầu để thực trình gạt (GN) - Ấn nút dừng hệ thống ngừng làm việc b) Xác định tín hiệu vào/ra hệ thống đặt địa phù hợp TÍN HIỆU VÀO TÍN HIỆU RA D P0 BT P40 KĐ P1 GT P41 CBC P2 GN P42 HTT P3 HTN P4 93 Bước Viết chương trình 94 Bước 3: Nhập chương trình vào phần mềm Sử dụng phần mềm KGL for Win máy tính nhập chương trình theo trình tự mạch LAD vẽ 95 Bước Nạp chương trình vào PLC, kết nối, chạy thử - Kết nối phần cứng theo sơ đồ: - Nạp chương trình từ máy tính vào PLC - Chạy thử, kiểm tra mô hình Các dạng sai hỏng thường gặp - Nguyên nhân- Biện pháp khắc phục TT Các dạng sai hỏng Không nạp Nguyên nhân Biện pháp khắc phục - Máy tính chưa kết nối - Kiểm tra cổng com chương trình từ máy với PLC máy tính PLC tính vào PLC - Cắm lại dây nối từ PLC tới máy tính Khi chạy chương - Lập trình sai công - Đọc kỹ phân tích lại trình không thỏa nghệ công nghệ mãn yêu cầu công - Địa lập trình - Kiểm tra lại kết nối nghệ đặt không phù hợp với địa phần cứng với địa kết nối phần cứng đặt 96 4.Phân nhóm luyện tập: Nhóm Nhóm Nhóm Trần Bảo Thành Trần Văn Luân Phạm Văn Chính Vũ Văn Bắc Nguyễn Văn Kiên Nguyễn Thị Tám Bùi Quang Đạt Trần Công Hiếu Trần Văn Trường Nguyễn Văn Nguyện Lê Văn Đoàn Lương việt Phạm Huy Phong Trần Ngọc Quý Trịnh Hồng Thái Hoàng Văn Phòng Nam Định, ngày 25 tháng 10 năm 2015 Khoa Điện Giáo viên Trần Quốc Việt 97 PHIẾU HƯỚNG DẪN LUYỆN TẬP Ngày 26 tháng 10 năm 2015 Họ tên học sinh: Nhóm thực tập số: Yêu cầu: - Lập trình toán phân dòng sản phẩm cao thấp - Kết nối phần cứng chạy thử mô hình Thời gian TT Nội dung công việc Định mức Điểm Hoàn thành Yêu cầu kỹ Viết chương trình toán phân dòng sản phẩm cao thấp 15’ - Lập trình mạch xác, đủ địa vào/ra Nhập chương trình vào phần mềm KGL for Win 5’ - Chọn loại PLC sử dụng, thực nhập chương trình đúng, đủ lệnh chức Kết nối phần cứng mô hình 15’ - Kết nối phần cứng theo sư đồ - Đi dây gọn, thứ tự đảm bảo an toàn Chạy thử chương trình 5’ Chương trình chạy theo yêu cầu công nghệ Nhận xét giáo viên : Điểm : GIÁO VIÊN HD: Trần Quốc Việt TH 98 Phụ lục CHƯƠNG TRÌNH MÔ ĐUN ĐÀO TẠO PLC CƠ BẢN Mã số mô đun: MĐ22 Thời gian mô đun: 155h; (Lý thuyết: 45h; Thực hành: 110h) I VỊ TRÍ, TÍNH CHẤT CỦA MÔ ĐUN: Trước học mô đun cần hoàn thành môn học sở mô-đun chuyên môn, mô đun nên học cuối khóa học II MỤC TIÊU MÔ ĐUN: Sau học xong mô đun này, học sinh có lực: - Trình bày nguyên lý hệ điều khiển lập trình PLC; So sánh ưu nhược điểm với điều khiển có tiếp điểm lập trình cở nhỏ khác - Phân tích cấu tạo phần cứng nguyên tắc hoạt động phần mềm hệ điều khiển lập trình PLC - Phương pháp kết nối dây PC - CPU thiết bị ngoại vi - Thực số toán ứng dụng đơn giản công nghiệp - Kết nối thành thạo phần cứng PLC - PC với thiết bị ngoại vi - Viết chương trình, nạp chương trình để thực số toán ứng dụng đơn giản công nghiệp - Phân tích nguyên lý số chương trình đơn giản, phát lỗi sai sửa chữa khắc phục 99 III NỘI DUNG MÔ ĐUN: Nội dung tổng quát phân bố thời gian : Thời gian Số Tên mô đun TT Tổng Lý Thực Kiểm số thuyết hành tra* Đại cương điều khiển lập trình 17 8 Các phép toán nhị phân PLC 28 18 Các phép toán số PLC 28 18 Xử lý tín hiệu Analog 15 PLC hãng khác 10 Lắp đặt mô hình điều khiển 57 10 44 155 45 100 10 PLC Cộng: * Ghi chú: Thời gian kiểm tra tích hợp lý thuyết với thực hành tính vào thực hành Nội dung chi tiết: Bài 1: Đại cương điều khiển lập trình Mục tiêu bài: - Trình bày ưu điểm điều khiển lập trình so với loại điều khiển khác ứng dụng chúng thực tế - Trình bày cấu trúc nhiệm vụ khối chức PLC - Thực kết nối PLC thiết bị ngoại vi 100 - Lắp đặt thiết bị bảo vệ cho PLC theo yêu cầu kỹ thuật Nội dung bài: Thời gian: 17h (LT: 8h; TH: 9h) Tổng quát điều khiển lập trình Thời gian: 1h - Điều khiển nối cứng điều khiển lập trình - So sánh PLC với thiết bị điều khiển thông thường khác Cấu trúc PLC Thời gian:3h Thiết bị điều khiển lập trình S7-200 Thời gian: 1h - Địa ngõ vào/ - Phần chữ vị trí kích thước ô nhớ - Phần số địa byte bit miền nhớ xác định - Cấu trúc nhớ S7-200 Xử lý chương trình - Vòng quét chương trình - Cấu trúc chương trình S7-200 - Phương pháp lập trình Kết nối dây PLC thiết bị ngoại vi Thời gian: 5h - Giới thiệu CPU 214 cách kết nối với thiết bị ngoại vi - Ví dụ kết nối ngõ vào/ra PLC từ sơ đồ điều khiển có tiếp điểm Kiểm tra việc kết nối dây phần mềm Thời gian: 1h - Status Chart - Đọc thay đổi biến với Status Chart Cài đặt sử dụng phần mềm STEP - Micro/win 32 - Những yêu cầu máy tính PC - Cài đặt phần mềm lập trình STEP 7-Micro/Win 32 Thời gian: 5h 101 Bài 2: Các phép toán nhị phân PLC Mục tiêu bài: - Trình bày chức RS, Timer, counter (bộ định thời, đếm) - Ứng dụng linh hoạt chức RS, Timer, counter toán thực tế: Lập trình, kết nối, chạy thử Nội dung bài: Thời gian: 28h (LT: 8h; TH: 20h) Các liên kết logic Thời gian: 3.5h - Các lệnh vào/ra lệnh tiếp điểm đặc biệt - Các lệnh liên kết logic - Liên kết cổng logic - Bài tập ứng dụng Các lệnh ghi/xóa giá trị cho tiếp điểm Thời gian: 3h - Mạch nhớ R - S - Lệnh SET (S) RESET (R) S7-200 - Các ví dụ ứng dụng dùng nhớ Timer Thời gian: 4.5h - On - Delay Timer (TON) - Retentive On - Delay Timer (TONR) - Bài tập ứng dụng Timer Couter (Bộ đếm) - Bộ đếm lên (Counter up) - Bộ đếm lên/ xuống (Counter up - down) - Bài tập ứng dụng đếm Thời gian: 4.5h 102 Bài tập ứng dụng Thời gian: 7.5h Lệnh nhảy lệnh gọi chương trình Thời gian: 3h Bài 3: Các phép toán số PLC Mục tiêu bài: - Trình bày phép toán so sánh, phép toán số - Ứng dụng chúng toán thực tế: Lập trình, kết nối, chạy thử Nội dung bài: Chức truyền dẫn Thời gian: 28h (LT: 8h; TH: 20h) Thời gian: 11h - Truyền Byte, Word, Doubleword - Truyền vùng nhớ liệu Chức so sánh Thời gian: 11h - Chức dịch chuyển - Chức chuyển đổi (Converter) - Chức toán học Đồng hồ thời gian thực Thời gian: 8h Bài 4: Xử lý tín hiệu analog Mục tiêu bài: - Trình bày chuyển đổi đo - Ứng dụng chúng toán thực tế: Lập trình, kết nối, chạy thử Nội dung bài: Thời gian: 15h (LT: 6h; TH: 9h) Tín hiệu Analog Thời gian: 1h Biểu diễn giá trị Analog Thời gian: 3h Kết nối ngõ vào-ra Analog Thời gian: 4h Hiệu chỉnh tín hiệu Analog Thời gian: 3h 103 Giới thiệu module analog PLC S7-200 Thời gian: 3h Bài 5: PLC hãng khác Mục tiêu bài: - Trình bày nguyên lý, cấu tạo họ PLC Omron, Mitsubishi - Thực lập trình họ PLC nói Nội dung bài: Thời gian: 10h (LT: 5h; TH: 5h) PLC hãng Omron PLC hãng Mitsubishi PLC hãng Siemens (trung bình lớn) Thời gian:2h Thời gian: 2h Thời gian: 2h PLC hãng Allenbradley Thời gian: 1.5h PLC hãng Telemecanique Thời gian: 1.5h Bài 6: Lắp đặt mô hình điều khiển plc Mục tiêu bài: - Phân tích qui trình công nghệ số mạch máy sản xuất - Lập trình số mạch ứng dụng thường gặp thực tế - Nạp trình, vận hành kiểm tra mạch hoạt động theo yêu cầu kỹ thuật Nội dung bài: Giới thiệu Thời gian: 57h (LT: 10h; TH: 47h) Thời gian:1h Cách kết nối dây Thời gian: 6h Các mô hình tập ứng dụng Thời gian: 47h - Mô hình thang máy xây dựng - Mô hình điều khiển động Y-∆ - Mô hình xe chuyển nguyên liệu - Đo chiều dài xếp vật liệu 104 - Thiết bị nâng hàng - Thiết bị vô nước chai - Thiết bị trộn hóa chất IV ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN MÔ ĐUN: * Vật liệu: - Bàn, giá thực tập - Dây nối - Các mô hình cần thiết - Dây dẫn điện đơn 12/10; 16/10; 20/10 - Cáp điều khiển nhiều lõi - Đầu cốt loại, vòng số thứ tự - Ống luồn dây định dạng (ống ruột gà), dây nhựa buộc gút * Dụng cụ trang thiết bị: - Nguồn điện AC pha, pha - Nguồn điện DC điều chỉnh - PLC CPU214 - Compurter - Các thiết bị thực tập * Nguồn lực khác: - PC, phần mềm chuyên dùng - Projector, overhead - Máy chiếu vật thể ba chiều 105 V PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG ĐÁNH GIÁ: Áp dụng hình thức kiểm tra tích hợp lý thuyết với thực hành Các nội dung trọng tâm cần kiểm tra là: - Giải thuật phù hợp đơn giản, ngắn gọn - Nạp trình thành thạo, kiểm tra sửa chữa lỗi nạp trình - Sử dụng khối chức năng, lệnh (các phép toán nhị phân phép toán số PLC, xử lý tín hiệu analog) - Sử dụng, khai thác thành thạo phầm mềm mô Thực kết nối tốt với PC - Lắp ráp thành thạo mạch động lực đảm bảo kỹ thuật an toàn VI TÀI LIỆU THAM KHẢO: - Tài liệu thực hành PLC-S7 200 – Trung tâm Việt Đức – Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TPHCM - Hướng dẫn thiết kế mạch lập trình PLC – Trần Thế San (biên dịch) – NXB Đà Nẵng – 2005 - Điều khiển logic lập trình PLC – Tăng Văn Mùi (biên dịch) – NXB Thống kê – 2006 ... cấp Cơ Điện Nam Định 4.3 Phạm vi nghiên cứu - Về nội dung: Xây dựng giảng tích hợp cho môn học PLC bản, nghề điện công nghiệp trường Trung cấp Cơ Điện Nam Định - Về không gian: Trung cấp Cơ Điện. .. sát&Đánh giá thực trạng dạy học môn học PLC trường Trung cấp Cơ Điện Nam Định - Đề xuất xây dựng hệ thống giảng tích hợp môn PLC nghề điện trường Trung cấp Cơ Điện Nam Định nhằm góp phần nâng cao... dung môn học 37 Kết luận chương 43 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG BÀI GIẢNG TÍCH HỢP MÔN PLC CƠ BẢN, NGHỀ ĐIỆN CÔNG NGHIỆP TẠI TRƯỜNG TRUNG CẤP CƠ ĐIỆN NAM ĐỊNH 44 3.1 XÂY DỰNG BÀI